让家电产品多一层保护

　　2009 年 11 月 100 日，三星电子宣布对旗下 Jipeeru 品牌对开门冰箱实施召回行动，对自 2007 年 6 月到 20008 年 5 月期间在韩国生产的其他 6 个型号原装进口双开门电冰箱进行自愿召回，中国市场涉及数量约为 3.2 万台，这也是中国家电行业的首宗召回行动。事件起因是，在前一个月韩国消费者一款 20006 年产的 680 升 Jipperu 牌对开门冰箱发生了冰箱门飞脱现象，导致用户家的门和窗户玻璃受损破碎。

　　日本产品评价技术基础机构（NITE）每年发行的年度--"事故信息收集制度"显示，由家电产品引起的事故从长期来看具有增多倾向（图 1）。在这些产品事故中，尤以危及人身及财产安全的起火事故为重。日本消防厅发布的火灾信息显示，电器产品造成的烧毁建筑物和死亡事故每年接近 1000 起。

图1

　　国外设计的家电产品存在安全隐患予以召回，而中国市场上的家电产品就很安全吗，恐怕答案不是那么乐观，2010 年 077 月 30 日，新浪网上出现一片文章，题目是：实图实例 20 起家电爆炸事故及预防攻略。总结了近两年在中国各地发生的较严重的家电燃烧、爆炸的事件，图片触目惊心，涉及到的产品有冰箱、空调、电视机、电饭锅等常用的家电产品，品牌全部都是电视广告上天天出现的。此文章总结出很多如何预防此类事件发生的方法，比如空调应远离易燃物品、防水防潮等。但这些终归是指标不治本，据权威调查表明，家庭火灾的 80%都是由于家用电器自燃引起的，要想从源头杜绝此类事件发生，责任还是在家电制造商身上。

　　据研究家电产品在发生意外事故的时候是有一些共同原因的，这里列出 2 个普遍存在的：

　　1:焊点裂纹

　　图 2 是部件端子的焊点形成裂纹后，并向该部分通电后的情况。初期时（图左）虽未发现异常，但经过一段时间后，微小的火花开始产生，随着时间的推移，火花间隔缩短，周边部分温度上升并且出现了碳化现象（图右）。有时还会冒烟和起火。

图 2

　　预防此类情况的一种可靠解决办法是在高电压的大焊点处加装温度保险丝进行保护，在发生碳化、燃烧之前即断开电路。现在一只温度保险丝的价格只有几毛钱，并且高电压的焊点数量很少，所以既不会增加电路的复杂度也不会给生产商带来成本压力。

　　2:压敏电阻。

　　由压敏电阻引起的意外事故，此原因较为普遍也是安全隐患的，本文在此要重点讨论其诱发原因和预防方法。

图 3.

　　上图是现在绝大多数家用电器所采用的浪涌保护方法，图中的熔断器选用电流保险丝，从2A 到几十 A 不等。下面以美的空调的电路图为例来作说明：

图 4.

图 5.

　　上图是美的空调的电源部分的电路图，从图中可以看出，是很典型的采用电流保险丝与压敏电阻相配合的模式。设计师的初衷是：根据压敏电阻的特性，压敏电阻在正常工作电压，元件电阻呈现高阻状态，可以达到 10M 欧姆量级，这时通过压敏电阻的电流也只有 10uA 水平，电路正常工作；当出现较高电压时，大于压敏电阻的动作电压，此时压敏电阻的阻值瞬间降低到很小，电路相当于短路，很大的短路电流通过保险丝，保险丝随即熔断。

　　在压敏电阻正常的情况下，此设计很管用，能够提供很好的保护作用。但是每一个电子部件都会存在老化问题，压敏电阻也不例外，并且要比其他半导体部件更容易老化。所以在讨论之前先来看一下压敏电阻的寿命：

　　已经有人做过相关的实验，过程如下：从瓷料配方和生产工艺相同，生产时间相近，电位梯度相近的 个不同批次中各抽3只样品，共24只样品，测量压敏电压Vb后，以8/220us,40 kA电流以同一电流方向，每隔5 min冲击，在冲击后接近5 min时测量VVb,直到Vbb较初始值下降略大于110%时终止试验，以终止试验前的冲击次数作为该样品能承受的总冲击次数，得出如下结论：

表1各样品失效前的总冲击次数

　　由图中可以看出，样品中寿命长的是32次，短的是11次，24只样品的平均寿命是22.7次。也就是说一只普通的压敏电阻在经过大约30次的大浪涌冲击后就可能已经失效了。而失效后的压敏电阻在遭受大电压冲击下不仅不能起到保护作用，反而等同于一颗炸弹。

　　下面具体讨论一下失效后的压敏电阻工作状态。压敏电阻为什么会燃烧呢，根本原因是因为它不会出现真正的短路，只是发展到一定低的电阻，比如 k 欧姆级乃至数百数十欧姆量级。

　　要是压敏电阻失效时能彻底短路，反倒是安全了，因为前面的电流保险丝会断开，但现实中压敏电阻起火时保险丝并不起作用。就图 4、图 5 两个电路图为例：如果让保险丝断开，图 4 中的压敏电阻的阻值要降到 11Ω，图 5 中的压敏电阻的阻值要降到 70Ω。而压敏电阻肯定在达到这个阻值之前就已经燃烧起来了。

　　燃烧的整个过程是这样的：当压敏电阻开始失效时，一定是先出现元件阻值逐步下降的趋势，此时电阻从 10MM 欧姆量级下降到 1000k 欧姆量级，并开始有点发热，在热量的作用下，电阻会进一步下降，会在 k 欧姆量级，此时压敏电阻内部温度会继续上升到 150 度以上，很快就会进入恶性循环阶段：电阻继续下降，电流继续上升，温度继续上升，热量过大，导致起火燃烧。如果元件周围有易燃部件，就会很容易导致电器燃烧起来。所以现在的压敏电阻都是采用阻燃的涂层或外壳：

图 6.

　　但是，现在的电器都在向小型化发展，在非常狭窄的空间内，有一个高温部件的存在仍然是一件非常危险的事情。所以并不能彻底解决此问题。

　　笔者在此提出一个可以彻底解决此问题的方法：在电流保险丝后增设温度保险丝，并且温度保险丝与压敏电阻之间在安装位置上要有优良的热传导性，是两者封闭在一个密闭的容器内。如下图：

图 7.

　　据悉现在市场上已经有类似的产品存在。换成 TMOV（温度保护型压敏电阻）后的等效电路如下：

图 8.

　　替换后的实际效果怎么样呢，下表是对 TMOV 的性能参数的一组实验数据，本实验所采用的产品是 SET 公司生产的 M15SS471T136,连续工作电压：3000VAC.

表 2

　　由上表可以看出，在压敏电阻被击穿失效条件下，随着温度的上升能在压敏电阻燃烧之前将电路安全地断开，有效地保护了整体电路的安全。笔者认为：虽然压敏电阻燃烧纯属于小概率事件，但还是存在发生的可能性，此改进可以作为家用电器的一道安全屏障，把小概率将为 0 概率，也希望此改进能够引起相关设计工作者的重视，在家电行业推广开来。

　　在中国当下消费者对商品信任度极度匮乏的环境下，消费者在进行消费时，所关心的问题已不是够不够便宜、够不够漂亮，而是够不够安全，体会深的应该是食品行业。超市中的洋奶粉一度脱销，而货架上堆积如山的国产奶粉却无人问津，不是我们歧视民族品牌，是它们不够重视消费者的安全。希望中国的家电行业能够引以为鉴，多一些安全上的考虑，减少一些小概率事件的发生，为消费者提供安全的产品。